一种可拆卸的二维微调式法拉第杯装置的制作方法

本发明涉及透射电镜设备，具体涉及一种可拆卸的二维微调式法拉第杯装置。

背景技术：

1、透射电子显微镜作为纳米科技领域的核心分析工具，其成像质量直接依赖于电子束的束流强度、束斑位置稳定性与光路对中精度。在透射电镜日常调试、样品分析以及电子枪维护流程中，工作人员需要借助法拉第杯捕获电子束，进行束流调试、对中并采集束流电流信号，以此完成电子枪发射性能标定、聚光镜光路对中、束流漂移监测等关键操作。法拉第杯是电子束设备核心束流检测元器件，主要用于采集束流强度、校准束斑中心、标定离子注入剂量、核验电子束发射稳定性，是设备核心必备部件。

2、目前，商用及自研带电粒子束设备内置法拉第杯基本采用一体式固定安装结构：通过螺栓固定、焊接等方式，将法拉第杯基座固定在设备内部预设工位，结构不可移动、不可拆卸。电子束受电磁透镜温漂、机械振动、高压电源波动影响极易发生微小偏移，此时无法直接移动法拉第杯适配束斑，只能反复调节多级聚光镜电磁线圈校正光路。若始终无法精准对准偏移后的束流中心，直接导致束流采集数据失真、工艺校准失效，只能停机拆机调整整个光路组件，调试成本极高。且法拉第杯永久固定于设备内部工位，占用了设备本就空间较小的内部空间，限制其它部件、样品的工作范围，设备有效空间利用率大幅降低。以透射电镜为例，电子束自上而下需依次穿过8级磁透镜与3级偏转线圈，光路对中操作难度极大。为分段完成束流校准，光路内通常沿束流路径布置4组法拉第杯；其中，前3组仅在设备出厂调试、光路检修阶段投入使用，用于分段辅助对中，仅末端安装于荧光腔内部的法拉第杯作为常驻检测部件，承担日常束流强度实时监测工作。因此前两级法拉第杯需满足可拆卸、快速拆装的使用需求，调试完成后可直接从腔体取出，既能释放腔体内部有限安装空间，又能规避固定工装对样品台行程、荧光成像视场造成的遮挡，同时消除闲置杯体引发的电子束散射干扰，提升设备成像与检测精度。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种结构紧凑、拆装便捷、调节精度高的可拆卸的二维微调式法拉第杯装置。

2、为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

3、一种可拆卸的二维微调式法拉第杯装置，包括：x向调节组件、y向调节组件、法拉第杯组件、固定座和滑块；所述固定座与透射电镜的外壳连接，所述滑块设置在固定座内侧，所述x向调节组件的一端位于固定座外侧，x向调节组件的另一端依次贯穿固定座和滑块，并与法拉第杯组件可拆卸连接，所述法拉第杯组件位于透射电镜的电子束通道内，所述x向调节组件用于带动法拉第杯组件在电子束通道内沿x方向移动；所述y向调节组件的一端位于固定座外侧，y向调节组件的另一端依次贯穿固定座和滑块，并与x向调节组件侧部抵接，所述y向调节组件用于带动法拉第杯组件在电子束通道内沿y方向移动。

4、作为本发明的进一步改进，所述x向调节组件包括x方向旋钮和进给轴，所述x方向旋钮位于固定座外侧，进给轴的一端位于固定座外侧，并嵌套在x方向旋钮内侧，所述x方向旋钮与进给轴之间设有轴承进行传动连接，进给轴的另一端依次贯穿固定座和滑块，并与法拉第杯组件可拆卸连接；当旋拧x方向旋钮时，进给轴同步沿着x方向移动，进而带动法拉第杯组件移动。

5、作为本发明的进一步改进，所述x向调节组件还包括定轴，所述定轴的一端位于固定座外侧，并嵌套在x方向旋钮的内侧；定轴的另一端依次贯穿固定座和滑块，并固定在滑块内侧，所述进给轴贯穿定轴内侧，且进给轴端部与定轴端部之间设有弹性调节件，所述弹性调节件靠近法拉第杯组件；所述y向调节组件与定轴侧部抵接。

6、作为本发明的进一步改进，所述定轴包括直径依次减小的一阶轴筒、二阶轴筒和三阶轴筒，所述一阶轴筒位于固定座外侧，所述二阶轴筒固定在滑块内侧，且二阶轴筒侧部与y向调节组件抵接，所述三阶轴筒与进给轴端部之间设有弹性调节件。

7、作为本发明的进一步改进，所述一阶轴筒的侧部沿着圆周方向设有螺旋导槽；所述进给轴侧部设有凸台，所述x方向旋钮侧部设有连接孔，所述连接孔内设有移动销，且移动销贯穿螺旋导槽后与凸台连接；当旋拧x方向旋钮时，所述移动销带动凸台沿着螺旋导槽的轮廓移动，进而实现进给轴带动法拉第杯组件沿着x方向移动。

8、作为本发明的进一步改进，所述y向调节组件包括y方向旋钮、顶针和两组弹性复位组件；所述y方向旋钮设置在固定座外侧，所述顶针设置在固定座内侧，顶针的一端与y方向旋钮连接固定，顶针的另一端与二阶轴筒侧部抵接；所述滑块底部与固定座下部接触，两组弹性复位组件相邻固定在固定座内部，其中一组弹性复位组件与滑块顶部外侧接触，另外一组弹性复位组件与顶针相对，并且与滑块侧部外侧接触，以用于辅助滑块在固定座内沿着y方向运动；当旋拧y方向旋钮时，顶针推动滑块和定轴沿着y方向移动，进而实现进给轴带动法拉第杯组件沿着y方向移动。

9、作为本发明的进一步改进，所述二阶轴筒侧部设有限位槽，所述顶针端部抵接在限位槽的一侧，限位槽的另一侧设有平键，以用于限制定轴产生轴向旋转。

10、作为本发明的进一步改进，所述弹性复位组件包括固定块、移动块和弹簧片；所述固定块的一侧设有多个安装孔，以实现固定块与固定座连接固定，所述固定块的另一侧设有限位台阶，所述移动块的一端开口，并滑动嵌套在限位台阶上，所述固定块与移动块之间设有弹簧片，所述移动块与滑块接触。

11、作为本发明的进一步改进，所述进给轴的一端设有螺纹接口，所述螺纹接口包括内螺纹和外螺纹，螺纹接口的内螺纹与法拉第杯组件可拆卸连接，螺纹接口的外螺纹与挡环可拆卸连接，所述弹性调节件的一端与二阶轴筒端部抵接，弹性调节件的另一端与挡环抵接，弹性调节件嵌套在三阶轴筒外周；所述进给轴的另一端设有限位环，所述轴承与限位环嵌套连接。

12、作为本发明的进一步改进，所述法拉第杯组件包括连接件和法拉第杯，所述连接件的一端通过紧固件与法拉第杯可拆卸连接，连接件的另一端通过外螺纹与螺纹接口可拆卸连接，且连接件端部与螺纹接口内侧设有密封圈；所述连接件上设有贯穿的导线孔，导线的一端连接法拉第杯，导线的另一端穿过导线孔，并经由进给轴的内孔延伸至外部，以实现电信号传输。

13、与现有技术相比，本发明的优点在于：

14、本发明的可拆卸的二维微调式法拉第杯装置，通过螺旋导槽与移动块配合的x向传动结构以及顶针与弹性复位组件配合的y向调节结构，实现了法拉第杯在真空腔体的电子束通道内进行二维高精度原位微调，解决了传统机构调节精度低、易漂移的问题；通过可拆卸连接设计，使得法拉第杯在完成对中校准后可被即时抽离，彻底释放了腔体内部空间，规避了固定工装对样品台行程及成像视场的遮挡，同时消除了闲置杯体对电子束的散射干扰，显著提升了透射电镜的成像质量与束流检测精度；通过集成于进给轴内部的真空密封走线结构，在保证高真空密封性能的前提下实现了电信号的稳定传输，很好地满足了高端真空电子光学设备对空间紧凑性与运行可靠性的严苛要求。

1.一种可拆卸的二维微调式法拉第杯装置，其特征在于，包括：x向调节组件、y向调节组件、法拉第杯组件、固定座（4）和滑块（8）；所述固定座（4）与透射电镜的外壳连接，所述滑块（8）设置在固定座（4）内侧，所述x向调节组件的一端位于固定座（4）外侧，x向调节组件的另一端依次贯穿固定座（4）和滑块（8），并与法拉第杯组件可拆卸连接，所述法拉第杯组件位于透射电镜的电子束通道内，所述x向调节组件用于带动法拉第杯组件在电子束通道内沿x方向移动；所述y向调节组件的一端位于固定座（4）外侧，y向调节组件的另一端依次贯穿固定座（4）和滑块（8），并与x向调节组件侧部抵接，所述y向调节组件用于带动法拉第杯组件在电子束通道内沿y方向移动。

2.根据权利要求1所述的可拆卸的二维微调式法拉第杯装置，其特征在于，所述x向调节组件包括x方向旋钮（1）和进给轴（2），所述x方向旋钮（1）位于固定座（4）外侧，进给轴（2）的一端位于固定座（4）外侧，并嵌套在x方向旋钮（1）内侧，所述x方向旋钮（1）与进给轴（2）之间设有轴承（3）进行传动连接，进给轴（2）的另一端依次贯穿固定座（4）和滑块（8），并与法拉第杯组件可拆卸连接；当旋拧x方向旋钮（1）时，进给轴（2）同步沿着x方向移动，进而带动法拉第杯组件移动。

3.根据权利要求2所述的可拆卸的二维微调式法拉第杯装置，其特征在于，所述x向调节组件还包括定轴（18），所述定轴（18）的一端位于固定座（4）外侧，并嵌套在x方向旋钮（1）的内侧；定轴（18）的另一端依次贯穿固定座（4）和滑块（8），并固定在滑块（8）内侧，所述进给轴（2）贯穿定轴（18）内侧，且进给轴（2）端部与定轴（18）端部之间设有弹性调节件（9），所述弹性调节件（9）靠近法拉第杯组件；所述y向调节组件与定轴（18）侧部抵接。

4.根据权利要求3所述的可拆卸的二维微调式法拉第杯装置，其特征在于，所述定轴（18）包括直径依次减小的一阶轴筒（181）、二阶轴筒（182）和三阶轴筒（183），所述一阶轴筒（181）位于固定座（4）外侧，所述二阶轴筒（182）固定在滑块（8）内侧，且二阶轴筒（182）侧部与y向调节组件抵接，所述三阶轴筒（183）与进给轴（2）端部之间设有弹性调节件（9）。

5.根据权利要求4所述的可拆卸的二维微调式法拉第杯装置，其特征在于，所述一阶轴筒（181）的侧部沿着圆周方向设有螺旋导槽（184）；所述进给轴（2）侧部设有凸台（202），所述x方向旋钮（1）侧部设有连接孔，所述连接孔内设有移动销（16），且移动销（16）贯穿螺旋导槽（184）后与凸台（202）连接；当旋拧x方向旋钮（1）时，所述移动销（16）带动凸台（202）沿着螺旋导槽（184）的轮廓移动，进而实现进给轴（2）带动法拉第杯组件沿着x方向移动。

6.根据权利要求4所述的可拆卸的二维微调式法拉第杯装置，其特征在于，所述y向调节组件包括y方向旋钮（5）、顶针（6）和两组弹性复位组件（14）；所述y方向旋钮（5）设置在固定座（4）外侧，所述顶针（6）设置在固定座（4）内侧，顶针（6）的一端与y方向旋钮（5）连接固定，顶针（6）的另一端与二阶轴筒（182）侧部抵接；所述滑块（8）底部与固定座（4）下部接触，两组弹性复位组件（14）相邻固定在固定座（4）内部，其中一组弹性复位组件（14）与滑块（8）顶部外侧接触，另外一组弹性复位组件（14）与顶针（6）相对，并且与滑块（8）侧部外侧接触，以用于辅助滑块（8）在固定座（4）内沿着y方向运动；当旋拧y方向旋钮（5）时，顶针（6）推动滑块（8）和定轴（18）沿着y方向移动，进而实现进给轴（2）带动法拉第杯组件沿着y方向移动。

7.根据权利要求6所述的可拆卸的二维微调式法拉第杯装置，其特征在于，所述二阶轴筒（182）侧部设有限位槽（185），所述顶针（6）端部抵接在限位槽（185）的一侧，限位槽（185）的另一侧设有平键（7），以用于限制定轴（18）产生轴向旋转。

8.根据权利要求6所述的可拆卸的二维微调式法拉第杯装置，其特征在于，所述弹性复位组件（14）包括固定块（141）、移动块（142）和弹簧片（143）；所述固定块（141）的一侧设有多个安装孔（144），以实现固定块（141）与固定座（4）连接固定，所述固定块（141）的另一侧设有限位台阶（145），所述移动块（142）的一端开口，并滑动嵌套在限位台阶（145）上，所述固定块（141）与移动块（142）之间设有弹簧片（143），所述移动块（142）与滑块（8）接触。

9.根据权利要求4至8中任意一项所述的可拆卸的二维微调式法拉第杯装置，其特征在于，所述进给轴（2）的一端设有螺纹接口（203），所述螺纹接口（203）包括内螺纹和外螺纹，螺纹接口（203）的内螺纹与法拉第杯组件可拆卸连接，螺纹接口（203）的外螺纹与挡环（19）可拆卸连接，所述弹性调节件（9）的一端与二阶轴筒（182）端部抵接，弹性调节件（9）的另一端与挡环（19）抵接，弹性调节件（9）嵌套在三阶轴筒（183）外周；所述进给轴（2）的另一端设有限位环（201），所述轴承（3）与限位环（201）嵌套连接。

10.根据权利要求9所述的可拆卸的二维微调式法拉第杯装置，其特征在于，所述法拉第杯组件包括连接件（11）和法拉第杯（12），所述连接件（11）的一端通过紧固件与法拉第杯（12）可拆卸连接，连接件（11）的另一端通过外螺纹与螺纹接口（203）可拆卸连接，且连接件（11）端部与螺纹接口（203）内侧设有密封圈（10）；所述连接件（11）上设有贯穿的导线孔（13），导线的一端连接法拉第杯（12），导线的另一端穿过导线孔（13），并经由进给轴（2）的内孔延伸至外部，以实现电信号传输。